第8讲+++GIS空间分析
第八章GIS空间分析

8.4.空间数据量算
查询和定位空间对象,并对空间对象进行 量算是GIS的基本功能之一,它是地理信息系统 进行高层次分析的基础。在地理信息系统中, 为进行高层次分析,往往需要查询定位空间对 象,并用一些简单的量测值对地理分布或现象 进行描述,如长度,面积,距离,形状等。实 际上,空间分析首先始于空间查询和量算,它 是空间分析的定量基础。
8.2.2空间查询语言
作为与数据库交互的主要手段,查询语言是 数据库管理系统的一个核心要素。对数据库来 说,一个简单的获取数据库数据的要求被定义 为一个查询,而为此目的开发的语言称为查询 语言。近几十年来,曾今出现了许多的查询语 言,但它们中只有一种最为流行:结构化查询 语言(SQL)。
标准数据库查询语言
SQL(Structured Query Languarge)语言是 1974年由Boyce和Chamberlin提出的。在IBM公 司San Jose Research Laboratory研制的 System R上实现了这种语言。由于它功能丰富、 使用方式灵活、语言简洁易学等突出优点,在 计算机工业界和计算机用户中倍受青睐并深深 扎根。它的功能包括查询(Query)、操纵 (Manipulation)、定义(Definition) ,控制 (Control)四个方面,是一个综合的、通用的、 功能极强的关系数据库语言。
2.空间分析步骤 (1)建立分析的目的和标准 (2)准备空间操作的数据 (3)进行空间分析操作 (4)准备表格分析的数据 (5)进行表格分析 (6)结果的评价和解释 (7)如有必要,改进分析 (8)产生最终的结果图和表格报告
查询
检索
属性查询 空间查询 定位检索 区域检索 条件检索 空间关系检索
点—点 线—线 面—面 点—线 线—面 点—面
GIS(地理信息系统)空间分析课件

数量地理学的研究方法:
1 2 3
地理系统分析 随机数学方法 地理系统数学模拟
地理系统分析
地理系统分析是指扬弃地理事物繁琐的枝 节,抽象出地理事物在结构与功能上的主线,揭 示地理事物动态演变的方向与强度,预测其状态 变化和稳定性程度,将复杂、高级的地理系统简 化为次一级简单的系统,进而探讨地理要素之间 的数量关系。 一般是首先列出所研究等级系统的要素清 单,根据地理系统的实际绘出各要素的联系框图, 再以定量方法研究系统要素之间的关系。
0.00E+00 1988 1988
2004
20032019
2035 2018
2050
2033
2048
Year sustainable development mode economy fast developing mode natural development mode
(a)
1.40E+09 1.20E+09 1.00E+09 8.00E+08 6.00E+08 4.00E+08 2.00E+08 0.00E+00 1988 1988
irrigation area grassland increase build-up land increase grassland increase water decrease fuel demand difference between supply and demand wetland forestland fuel
传统地理学分析方法所采用的推理方式以经验 归纳型综合为主,以观察材料和事实为基础,由直 接的类推得出现实世界的结论,这一方法难以回避 特殊情况或解释者的主观好恶问题。 而数量地理学以理论演绎为主,整个研究过程 经历了提出假设、建立模式、检验假设和建立理论 四个步骤,符合感性-理性-实践这一认识的过程 规律。 与地理学传统的思维模式相比,地理数量方法 有着明显的优势(见下页)。
第8讲-GIS空间分析

6.1 空间分析的内容与步骤
2、准备空间操作的数据 即收集、输入空间数据和属性数据。 例如:地理底图数据、地籍数据、土壤数据等。
3、进行空间分析
作空间位置的处理和分析(包括检索、提取、缓 冲区分析、叠置分析等),以满足第一步提出的标准; 作属性数据的处理和分析(加所需的属性项)。
6.1 空间分析的内容与步骤
迁、土地利用的变化。
假设有n个离散点(X1,X2)(X2,Y2)„(Xn,Yn),可用 下列不同的方法来表示分布中心。
算术平均中心、加权平均中心、中位中心、极值中心
6.2 空间度量算法
6.2.4 分布中心的计算
假设有n个离散点(X1,X2)(X2,Y2)„(Xn,Yn),可用 下列不同的方法来表示分布中心。
GIS 与环境信息系统
重庆三峡学院环化学院
6 空间分析
空间分析是综合分析空间数据的技术的通称。空 间分析有着十分丰富的内涵,它是构成地理信息系统 的核心部分之一,在整个地理数据的应用中发挥着举
足轻重的作用,也是GIS区别与其它信息系统的一个显 著标志。
6 空间分析
空间分析:是基于空间数据的分析技术,它以地 学原理为依托,通过分析算法,从空间数据中获取有 关地理对象的空间位置、空间分布、空间形态、空间 形成、空间演变等信息。它具有很强的目的性。是一 种面向应用的空间处理方法。 空间分析目的:是通过对空间数据的深加工和分 析,获取新的信息。是为了解决实际问题,是面对用 户的。 空间分析结果:图形、属性数据。
6 空间分析
空间分析的内容与步骤
6.2 空间度量算法 6.3 数据检索与表格分析 6.4 叠置分析 6.5 缓冲分析
6.6 网络分析
6.1 空间分析的内容与步骤
ArcGIS软件与应用 第8章 GIS空间分析

图8.19 相交原理图
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下面以分析一个规划待建的物流园区涉及哪些土 地类型及每类土地占用多少面积为例进行相交操作应 用说明。操作步骤如下。 (1)打开“…第八章\矢量数据的空间分析\叠置 分析\相交\相交分析.mxd”地图文件,数据效果 如图8.20所示。
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图8.20 相交操作的实验数据
13
图8.6 添加【缓冲向导】工具
14
(3)在工具栏中选择【选择要素】按钮,选中待 拓宽的道路,如图8.7所示。
图8.7 选中要创建缓冲区的道路
15
(4)单击【工具】工具条中的【缓冲向导】,弹出 【缓冲向导】对话框,如图8.8所示。选中【图层中 的要素】单选按钮,在下拉列表中选择要建立缓冲区 的图层“道路中心线”,钩选【仅使用所选要素】复 选框。
43
图8.27 联合分析前图层
图8.1 缓冲区分析实验数据
7
(2)单击【编辑器】工具条中的【编辑器】→【开始编辑】, 然后单击【缓冲区】菜单,弹出【缓冲】对话框,单击【模板】 按钮,在弹出的【选择要素模板】对话框中选择缓冲区,返回 【缓冲】对话框,设置距离为30,如图8.2所示,单击【确定】 按钮,在地图显示区显示创建的缓冲区,如图8.3所示。
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图8.14 多环缓冲区对话框
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(4)单击【多环缓冲区】对话框中的【确定】按钮,多环缓 冲区建立完成,不同距离的缓冲区以不同颜色区分,如图8.15 所示。从图中可以轻易地看出银行网点在缓冲区内的分布情况。
图8.15 多环缓冲区
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叠置分析是指在统一的空间坐标系下,通过对包含感 兴趣的空间要素对象的多个地理要素图层进行叠加, 产生一个新地理要素图层,该图层综合了原来多层实 体要素所具有的空间或属性特征。从运算的角度来看, 涉及两个或两个以上的地理要素图层之间的逻辑交、 逻辑并、逻辑差等基本运算。
GIS基本空间分析

GIS基本空间分析
首先,空间数据的获取与处理。
GIS使用各种技术手段收集和获取空
间数据,包括地理测量、遥感技术、全球定位系统等。
获取的数据需要进
行处理和预处理,包括数据清理、数据转换和数据集成等操作,以确保数
据质量和一致性。
其次,地理数据的可视化和表达。
GIS可以将地理数据以图形化的方
式展示出来,形成地图或图表。
通过可视化分析,可以直观地展示地理现
象和空间关系,帮助人们更好地理解和认识地理空间的特征和规律。
第四,空间查询和空间综合分析。
通过GIS的空间查询功能,可以根
据地理位置或属性值来查询和检索地理数据,从而快速获取所需信息。
空
间综合分析则是在空间查询的基础上,对多个数据集进行综合分析,得出
更加全面和准确的结论。
这些方法可以帮助我们对地理现象进行监测和评估,发现潜在问题和趋势,为决策提供科学依据。
最后,GIS基本空间分析还包括一些专门的技术和方法,如地图代数、空间插值和网络分析等。
这些方法可以帮助我们进行多种复杂的空间分析,如路径分析、可达性分析、资源分配和规划等。
这些方法在城市规划、环
境管理、交通规划等领域具有广泛应用。
总的来说,GIS基本空间分析是地理信息系统中重要的分析方法,可
以帮助我们认识和理解地理空间的特征和规律,为决策提供科学依据。
通
过空间数据的获取与处理、地理数据的可视化和表达、空间模式与空间关
系的分析、空间查询和空间综合分析以及一些专门的技术和方法,GIS基
本空间分析为我们理解和应用地理信息系统提供了基础。
GIS空间分析方法

地理信息系统(GIS)具有很强的空间信息分析功能,这是区别于计算机地图制图系统的显著特征之一。
利用空间信息分析技术,通过对原始数据模型的观察和实验,用户可以获得新的经验和知识,并以此作为空间行为的决策依据。
空间信息分析的内涵极为丰富。
作为GIS的核心部分之一,空间信息分析在地理数据的应用中发挥着举足轻重的作用。
叠置分析(Overlay Analysis)覆盖叠置分析是将两层或多层地图要素进行叠加产生一个新要素层的操作,其结果将原来要素分割生成新的要素,新要素综合了原来两层或多层要素所具有的属性。
也就是说,覆盖叠置分析不仅生成了新的空间关系,还将输入数据层的属性联系起来产生了新的属性关系。
覆盖叠置分析是对新要素的属性按一定的数学模型进行计算分析,进而产生用户需要的结果或回答用户提出的问题。
1)多边形叠置这个过程是将两层中的多边形要素叠加,产生输出层中的新多边形要素,同时它们的属性也将联系起来,以满足建立分析模型的需要。
一般GIS软件都提供了三种多边形叠置:(1)多边形之和(UNION):输出保留了两个输入的所有多边形。
(2)多边形之积(INTERSECT):输出保留了两个输入的共同覆盖区域。
(3)多边形叠合(IDENTITY):以一个输入的边界为准,而将另一个多边形与之相匹配,输出内容是第一个多边形区域内二个输入层所有多边形。
多边形叠置是个非常有用的分析功能,例如,人口普查区和校区图叠加,结果表示了每一学校及其对应的普查区,由此就可以查到作为校区新属性的重叠普查区的人口数。
2)点与多边形叠加点与多边形叠加,实质是计算包含关系。
叠加的结果是为每点产生一个新的属性。
例如,井位与规划区叠加,可找到包含每个井的区域。
3)线与多边形叠加将多边形要素层叠加到一个弧段层上,以确定每条弧段(全部或部分)落在哪个多边形内。
网络分析(Network Analysis)对地理网络(如交通网络)、城市基础设施网络(如各种网线、电力线、电话线、供排水管线等)进行地理分析和模型化,是地理信息系统中网络分析功能的主要目的。
GIS的空间分析方法

一、GIS的空间分析方法?(一)叠置分析(Overlay Analysis)覆盖叠置分析是将两层或多层地图要素进行叠加产生一个新要素层的操作,其结果将原来要素分割生成新的要素,新要素综合了原来两层或多层要素所具有的属性。
也就是说,覆盖叠置分析不仅生成了新的空间关系,还将输入数据层的属性联系起来产生了新的属性关系。
覆盖叠置分析是对新要素的属性按一定的数学模型进行计算分析,进而产生用户需要的结果或回答用户提出的问题。
(二)网络分析(Network Analysis)对地理网络(如交通网络)、城市基础设施网络(如各种网线、电力线、电话线、供排水管线等)进行地理分析和模型化,是地理信息系统中网络分析功能的主要目的。
网络分析是运筹学模型中的一个基本模型,它的根本目的是研究、筹划一项网络工程如何安排,并使其运行效果最好,如一定资源的最佳分配,从一地到另一地的运输费用最低等。
其基本思想则在于人类活动总是趋向于按一定目标选择达到最佳效果的空间位置。
这类问题在生产、社会、经济活动中不胜枚举,因此研究此类问题具有重大意义。
(1)路径分析(2)地址匹配地址匹配实质是对地理位置的查询,它涉及到地址的编码(Geocode)。
地址匹配与其它网络分析功能结合起来,可以满足实际工作中非常复杂的分析要求。
所需输入的数据,包括地址表和含地址范围的街道网络及待查询地址的属性值。
(3)资源分配资源分配网络模型由中心点(分配中心)及其状态属性和网络组成。
分配有两种方式,一种是由分配中心向四周输出,另一种是由四周向中心集中。
这种分配功能可以解决资源的有效流动和合理分配。
其在地理网络中的应用与区位论中的中心地理论类似。
在资源分配模型中,研究区可以是机能区,根据网络流的阻力等来研究中心的吸引区,为网络中的每一连接寻找最近的中心,以实现最佳的服务。
还可以用来指定可能的区域。
资源分配模型可用来计算中心地的等时区,等交通距离区,等费用距离区等。
可用来进行城镇中心,商业中心或港口等地的吸引范围分析,以用来寻找区域中最近的商业中心,进行各种区划和港口腹地的模拟等。
GIS空间分析原理与方法

GIS空间分析原理与方法GIS空间分析是地理信息系统中的一项重要业务,它通过对空间数据的处理和分析,揭示地理现象之间的空间关系和模式,帮助决策者进行科学决策。
在实际应用中,GIS空间分析主要涉及空间数据模型、空间对象关系和空间分析方法三个方面。
一、空间数据模型空间数据模型是GIS空间分析的基础,它描述了在GIS中如何表示和管理地理空间数据。
在空间数据模型中,常用的模型包括向量模型和栅格模型。
向量模型以点、线和面作为基本空间对象,通过记录它们的坐标和属性信息来描述地理对象。
向量模型适合表示形状复杂且几何关系明确的地理实体,如建筑物、道路等。
其中,点对象表示一个位置,线对象表示一条路径,面对象表示一个区域。
向量模型的优点是精度高、适用于复杂的空间关系和拓扑操作;缺点是数据量大,存储和处理复杂。
栅格模型通过将地理空间划分为一个规则的网格单元来表示地理对象,每个网格单元包含高程、属性和坐标信息。
栅格模型适用于描述连续分布的地理数据,如地形、气候等。
栅格模型的优点是数据结构简单,适合于大规模数据的存储和处理;缺点是精度相对较低,不适用于复杂的拓扑关系和空间分析。
二、空间对象关系空间对象关系是指地理实体之间的空间关系,常见的关系包括邻接、包含、相交、接触等。
空间对象关系的研究对于空间分析具有重要意义,它可以帮助我们发现地理现象之间的关联和规律。
邻接关系是指地理实体之间在空间上的直接相连,如一个国家与其邻国之间的关系。
邻接关系可以通过空间查询或空间缓冲区分析来确定。
包含关系是指一个地理实体完全包含另一个地理实体,如一个县完全包含一个乡镇。
包含关系可以通过空间查询和空间缓冲区分析来确定。
相交关系是指地理实体之间在空间上有交集,如两条道路之间的交叉口。
相交关系可以通过空间查询和空间缓冲区分析来确定。
接触关系是指地理实体之间在空间上有接触,但没有重叠,如两个水域之间的接触关系。
接触关系可以通过空间查询和空间缓冲区分析来确定。
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(3)例3引导最近的救护车到医院
对于一场交通事故,确定那家医院做出反 应,并选择最佳路线;方法: 用一个点主题指定有那些医院; 键入事故现场地址; 在道路特征中,选择字段,确定通过每 条街道所需时间; 找出最近医院; 找出从医院到现场最快路线;
(3)引导最近的救护车到医院
(4)查明某地附近居住的顾客数量 评价一个潜在零售地点可接受程度,需要 找出到该地行车时间5分钟和10分钟之内的 服务区,查明每个区域有多少顾客; 过程如下: 键入地址,指定位置; 在该位置周围,创建行车时间5分钟和10分 钟之内的服务区; 找出服务区有多少顾客;
矢量数据叠置分析:
图层1 ID 1 2 3 … 名称 大王镇 张家村 李家 …
图层2
ID 1 2 3 …
ID 1 2 3 …
人口 600 2,000 1,000 …
名称 大王镇 大王镇 李家村 … 人口 600 2,000 1,000 …
叠置结果图层
点与多边形叠置分析
8.1 空间叠置分析
线与多边形叠置
8.3 网络分析
网络数据结构 1)链(Link):网络中流动的管线,如街道、河流、水 管等,其状态属性包括阻力和需求。 2)结点(Node):网络中链的结点,如港口、车站、电 站等,其状态属性包括阻力和需求等。结点中又有下面几 种特殊的类型。 障碍(Barrier):禁止网络中链上流动的点; 拐点(Turn):出现在网络链中的分割结点上,状态属性 有阻力,如拐弯的时间和限制(如在8.00到18.00不允许 左拐); 中心(Center):使接受或分配资源的位置,如水库、商 业中心、电站等,其状态属性包括资源容量(如总量)、 阻力限额(中心到链的最大距离或时间限制)。 站点(Stop):在路径选择中资源增减的结点,如库房、 车站等,其状态属性有资源需求,如产品数量。
8.4 DEM与数字地形分析
DEM采用以下几种方式表示: 数学分块曲面表示法 规则格网表示法 不规则三角网(TIN:Triangulated Irregular Network )表示法 等高线 基于规则格网DEM和基于TIN的DEM是目 前数字高程模型的两种主要结构
8.4 DEM与数字地形分析
8.2 缓冲区分析
8.2 缓冲区分析
8.2 缓冲区分析
8.2 缓冲区分析
8.2 缓冲区分析
缓冲区建立方法 1. 角平分线法: 对边线做其平行线,然后在线状要素的首尾 点处,作其垂线并按缓冲区半径r截出左右边线的起止点,在 其它的折点处,用与该点相关联的两个相邻线段的平行线的 交点来确定; 2. 凸角圆弧法: 在起止点以r为半径分别以首尾点为圆心,以 垂线截出的起止点作半圆弧,在其它的折点处,首先判断该 点的凹凸性,在凸侧用圆弧弥合,在凹侧用与该点相关联的 两个相邻线段的平行线的交点来确定
8.2 缓冲区分析
图例:
医院
建立的缓冲区
8.3 网络分析
网络分析是通过模拟、分析网络的状态以 及资源在网络上的流动和分配等,研究网 络结构、流动效率及网络资源等的优化问 题的领域 。对地理网络、城市基础设施网 络进行地理分析和模型化,是地理信息系 统中网络分析功能的主要目的 研究内容主要包括选择最佳路径,选择最 佳布局中心的位置,资源分配,结点弧段 的遍历等
三角划分准则 数据组织结构
地形数据
算法与程序
TIN模型
8.4 DEM与数字地形分析
数字地形分析 :
坡面因子
微观坡面因子
宏观坡面因子
源自 坡 度
坡 向
坡 度 变 率
坡 向 变 率
平 面 曲 率
剖 面 曲 率
坡 长
坡 形 因 子
地 形 粗 糙 度
地 形 起 伏 度
(3)地面曲率:地面曲率是 对地形表面一点扭曲变化程 度的定量化度量因子,地面 曲率在垂直和水平两个方向 上分量分别称为平面曲率和 剖面曲率。 剖面曲率是对地面坡度的沿 最大坡降方向地面高程变化 率的度量 平面曲率指在地形表面上, 具体到任何一点P,指通过该 点的水平面沿水平方向切地 形表面所得的曲线在该点的 曲率值
用地址指示位置,地址编码将一个地址转 化成为一个点位,实现一个地址编码过程 (geocoding),关于如何进行地址编码, 请参考Using ArcView 一书中“Adding street address and other location to map”
例2.设计包裹投递路线“delivery route”视图
8.4 DEM与数字地形分析
(2)坡向:地表面上一点的切平面的法线 矢量在水平面的投影与过该点的正北方向 的夹角。 对于地面任意一点,坡向表征了该点高程 值改变量的最大变化方向。在输出的坡向 数据中,坡向值有如下规定:正北方向为0 度,按顺时针方向计算,取值范围为0°~ 360°
8.4 DEM与数字地形分析
分别为x、y方向高程变化率
对高程值在x、y方向上的变化率进 行同方向求算变化率
x 2
t y 2
r
2H
2H
对高程值在x方向上的变化率进行y方向上求 算变化率,即x方向高程变化率在y方向的变化率;
2H s xy
8.4 DEM与数字地形分析
8.4 DEM与数字地形分析
地表粗糙度是反映地表的起伏变化和侵蚀 程度的指标,一般定义为地表单元的曲面 面积S曲面与其在水平面上的投影面积S水 平之比。用数学公式表达为: R = S曲面 / S水平 地形起伏度是在所指定的分析区域内所有 栅格中最大高程与最小高程的差。 RFi H max H min
高 程 变 异 系 数
地 表 切 割 深 度
依据空间区域范围的坡面因子分类体系
8.4 DEM与数字地形分析
常用的几种地形因子的 提取 (1)坡度:地表面任一 点的坡度是指过该点的 切平面与水平地面的夹 角。 坡度(degree of slope): 既水平面与地形面之间 夹角。 坡度百分比(percent slope):既高程增量 (rise)与水平增量 (run)之比的百分数。
8.1 空间叠置分析
栅格数据一般可以按属性数据的布尔逻辑运算来检索,即这是一个逻 辑选择的过程。布尔逻辑为AND、OR、XOR、NOT,如图所示。
8.1 空间叠置分析
重分类
2 1 A A
A
3
B
B
5
4
A
B
重分类的过程
属性数据的类别合并或转换成新类。即对原来数据中的多种 属性类型,按照一定的原则进行重新分类,以利于分析。
8.4 DEM与数字地形分析
8.4 DEM与数字地形分析
8.4 DEM与数字地形分析
不同表示方式DEM之间的转换
8.4 DEM与数字地形分析
DEM的构建 原始高程数据的获取:摄影测量法,地面测量法, 地形图数字化 DEM构建的一般步骤与方法 :(1)采用合适的 空间模型构造空间结构;(2)采用合适的属性域 函数;(3)在空间结构中进行采样,构造空间域 函数;(4)利用空间域函数进行分析; 对数字高程模型而言,空间结构的构造过程即为 DEM的格网化过程(形成格网)或三角剖分过程 (形成TIN),属性值为高程,构造空间域函数即 为内插函数的确定,利用空间域函数进行分析就 是求取格网点的函数值(TIN不需要)
8.4 DEM与数字地形分析
数字高程模型(Digital Elevation Model, DEM)是表示区域D上地形的三维向量有限 序列{Vi= (Xi, Yi, Zi)},其中(Xi, Yi∈D) 是平面坐标,Zi是(Xi, Yi)对应的高程, 对于规则格网{Vi, = Zi}; 数字地形分析:在数字高程模型上进行地 形属性计算和特征提取的技术
8.3 网络分析
主要网络分析功能 路径分析实例 1)静态求最佳路径(给定每条链属性,求最佳路径) 2)N条最佳路径分析(确定起点和终点,求最佳路 径) 3)最短路径或最低耗费路径(确定起点、终点和中 间点,求最短路径和最小耗费路径) 4)动态最佳路径分析(实际路径权值是随关系式变 化的,可能临时出现障碍点,需动态计算最佳路 径)
8.1 空间叠置分析
叠置分析是将有关主题层组成的各个数据 层面进行叠置产生一个新的数据层面, 其结果综合了原来两个或多个层面要素所 具有的属性,叠置分析不仅生成了新的空 间关系,而且还将输入的多个数据层的属 性联系起来产生了新的属性关系; 被叠加的要素层面必须是基于同一地理坐 标系统
8.1 空间叠置分析
p
H x
8.4 DEM与数字地形分析
剖面曲率计算公式: 平面曲率计算公式:
p H x
q H y
Kv
p 2 r 2 pqs q 2t ( p2 q2 ) 1 p2 q2
Kh
q 2 r 2 pqs p 2t ( p2 q2 ) 1 p2 q2
多边形叠加过程
几何求交过程
属性分配过程 原属性拷贝、关联或计算
确定交点,拓扑关系
新多边形生成
赋于标识值
新图层生成
8.1 空间叠置分析
8.1 空间叠置分析
8.1 空间叠置分析
栅格数据的叠置分析 同矢量数据多边形叠置分析相比,栅格数 据更易处理,简单而有效,也不存在破碎 多边形的问题等优点,使得栅格数据的叠 置分析在各类领域应用极为广泛 栅格叠置分析运算方法分为以下几类:逻 辑运算,重分类,图层数学计算等
8.1 空间叠置分析(栅格的算术运算)
8.2 缓冲区分析
缓冲区分析是根据点、线、面实体形状, 自动建立其周围一定宽度范围内的多边形 实体,从而实现空间数据在水平方向扩展 范围的信息分析方法。 缓冲区就是地理空间目标的一种影响范围 或服务范围